生态学基础讲义

主要参考文献1．国内外主要期刊杂志•《JournalofEcology》，始建于1913年，英国生态学会主办，季刊。•《Ecology》，由美国生态学会于1915年创办，双月刊。•《TheJournalofAppliedEcology》，由英国生态学会于1963年创刊，每年三期。•《EcologicalMonographs》，由美国生态学会于1931年创刊，季刊。•《EcologicalReviews》，由日本八甲田山研究所于1935年创办，季刊。•《生态学报》，由中国生态学会主办，1981年创刊，季刊，国家一级学术刊物。•《应用生态学报》，由中国生态学会主办，1990年创刊，季刊，国家一级学术刊物。•《生态学杂志》，由中国生态学会主办，1982年创刊，季刊，中级学术刊物。2．国内外主要参考书籍•[英]A.Mackenzie主编,《ECOLOGY》(影印版、中文版），北京：科学出版社，2000•曹凑贵主编，《生态学概论》，北京：高等教育出版社，2002•李博主编，《生态学》，北京：高等教育出版社，2000•孙铁珩主编，《污染生态学》，北京：科学出版社，20021.1生态学的定义•Ecology字面含义：生态学是关于居住环境的科学。•1866年，Ｈaeckel首次定义了生态学：研究生物在其生活过程中与环境的关系。这里生物指动、植物。•现代定义：很多。但多数人仍采用Ｈaeckel的定义。即“生态学是研究生物及环境间相互关系的科学”。这里生物指动、植物、微生物及人类本身。绪论1.2生态学的发展（1）萌芽时期•17世纪以前，还没有生态学一词，但生态学的思想及生态知识的应用已经存在。如驯化动物、人工栽培植物。•公元前一二百年的秦汉时期,我国农历已确立了24节气,反映了作物、昆虫等生物现象与气候之间的关系。•明代李时珍所著《本草纲目》中，描述了药用动植物生态习性。•我国古籍《管子•地员篇》（约公元前200年以前）详细记载了江淮平原上沼泽植物沿水分梯度的带状分布。江淮平原上沼泽植物沿水分梯度的带状分布从17世纪到19世纪末—生态学的建立阶段。生态学发展的特点是分别从个体、群体两个方面研究生物与环境的相互关系。•如提出积温与昆虫和植物发育的关系；等温线对植物分布的意义；植物发育的起点温度;植物最小因子定律;种群的Logistic增长模型等。•1859年达尔文的《物种起源》问世，对生态学的发展是个巨大的推动。（2）生态学的创立及发展时期（3）生态学的巩固及学派分化时期•（20世纪初-50年代）10-30年代，生态学研究渗透到生物学领域的各个学科，形成了植物生态学、动物生态学、生态遗传学、生理生态学、形态生态学分支学科。促进生态学从个体、种群、群落等多个水平展开广泛的研究。生态学的发展达到一个高峰。•英美学派以群落动态演替为特点。法瑞学派注重群落生态外貌，侧重于静态生态研究。北欧学派以注重群落结构分析为特点。前苏联学派重视植物（群落）与地学结合（近似于生态系统）。（4）生态系统时期•1935年，英国植物生态学家坦斯利（A.G.Tansley）首先提出生态系统（ecosystem）的概念。1939年提出了“生态平衡”的概念。进入了20世纪60年代以后，系统生态学为广大生态学家所接受，生态学研究发生了质的飞跃，开创了新的时期。这一时期生态学与环境系统及生产应用相结合形成了海洋生态学、土壤生态学、湖泊生态学、农业生态学、农田生态学、草原生态学、森林生态学等研究方向。•系统生态学时期的研究特点是系统、综合、交叉和应用。（5）人类生态学时期•20世纪60年代末70年代初，科学技术飞速发展、生产力不断提高，人类对生物圈的影响和干扰也不断加强，人类与环境的矛盾日益突出。全世界面临着人口爆炸、资源短缺、能源危机、粮食不足、环境污染五大问题的挑战。人类不能站在第三者的立场上研究生物与环境的关系，而应置身其中，因为人类是栖居者和操纵者。任何大型建设项目审批时，都要进行生态与环境的影响论证。•“国际生物学研究计划”（InternationalBiologyProgramme，IBP），“人与生物圈计划”（ManandBiosphereProgramme，MAB），生物多样性计划（DIVERSITAS），国际地圈生物圈计划（IGBP）现代生态学发展l．野外和室内结合。受控生态系统，微宇宙，人工模拟生态实验室等，均能在不破坏生物体及环境的情况下，进行研究分析,使生态学进入了实验研究时期。2．从定性走向定量。由于电子技术，遥控技术等新技术的引入，以及数学、物理学、化学、系统学、工程学等相互渗透，使群体生态学的研究进入了定量化阶段。•3．研究重点从个体转移到种群和群落，进而发展到以生态系统研究为中心。•4．从自然生态转向污染生态，进而发展到对社会生态系统的研究。自人类产生以来自然生态系统或多或少地受到干扰和破坏，在人口爆炸的时代，自然生态系统可以说几乎不存在了。•5．从理论走向应用。生态学的原理与人类的整个实践领域密切结合。环境科学工作者应用生态学原理解决了许多重大环境问题;农学家运用生态学理论研究农业生态系统、解决粮食问题;生态学与经济学密切结合，生态经济学(或经济生态学)应运而生。城市规划也纷纷要求生态学工作者参加研究、设计和评价。1.3生态学的分支学科•个体生态学•种群生态学•群落生态学•生态系统生态学•区域生态学•全球生态学（1）按研究对象的生物组织水平分为•普通生态学•微生物生态学•植物生态学•动物生态学(2)按生物分类类群划分为（3)按生物栖息场所划分为•陆地生态学：森林生态学、草原生态学、沙漠生态学、山地生态学•水域生态学：海洋生态学、淡水生态学（河流、湖泊）•湿地生态学•生理生态学•进化生态学•分子生态学•数学生态学•化学生态学•能量生态学•地理生态学（4）按生态学与其它学科的交叉划分为（5）按应用领域划分为•农田生态学•农业生态学•家畜生态学•渔业生态学•森林生态学•草地生态学•生态伦理学•污染生态学•自然资源生态学•城市生态学•生态经济学•恢复生态学•生态工程学•景观生态学•人类生态学1.4生态学的研究方法（1）野外与现场调查：种类、数量、结构、功能等（2）实验室分析：生物学、生理学、毒理学的研究（3）模拟实验：实验室模拟系统和野外模拟自然系统。如实验室模拟太湖的富营养化；生物圈（4）数学模型与计算机模拟：预测预报。（5）生态网络及综合分析：建立大型数据库及管理系统。如地理信息系统（GIS）的应用，中国生态信息网（CERN）等。2.1系统观与生态系统2.1.1系统的定义•系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体。•构成系统至少要有三个条件：有两个以上的组分；各组分相互联系，具有一定结构；具有独立的、特定的功能。第二章:生态系统2.1.2系统的基本性质•系统组分的整体性•系统结构的有序性•系统功能的整合特性系统的整体功能不等于它各组分功能的相加，而是一种集体效应。如3333hm2森林的蓄水量相当于100万m3水库的蓄水量，这绝不是森林中每棵树含水量的总和，而是由森林生态系统中林冠、地被、根系、土壤相互作用来实现的。•系统结构和功能的可控性改变系统的组分和结构就能影响系统功能森林生态系统中的水循环降雨截留穿透雨蒸腾渗透地表蒸发地表径流地下径流2.1.3系统的种类和研究方法系统的种类：•隔离系统—与外界无物质和能量的交换（特定密闭实验室）•封闭系统—无物质交换，但有能量的输入和输出•（如宇宙飞船）•开放系统—既有物质又有能量的输入和输出。研究方法：•“黑箱”—完全忽略系统内部结构，仅分析输入和输出。如中医通过“望、闻、问、切）诊断疾病；农业施肥和粮食收获。•“白箱”—对系统内部的组分构成及其相互联系有彻底了解。生物的解剖和生理研究。•“灰箱”—对系统内部的结构与功能部分已知、部分未知。2.1.4生态系统的含义•定义：在一定的时间和空间范围内由生物（动、植、微生物）与它们的生境（光、水、土壤、空气等）通过能量流动、信息传递和物质循环所组成的一个统一的整体。•生态系统多少是人们的主观识别和想象的产物,有大有小：一滴水、一块草地、一片森林、一个水池、一条河流都是一个生态系统。2.2生态系统的一般特征2.2.1组成成分•生产者•消费者•分解者•非生物组分生产者•生产者（producers），指自养生物，主要指绿色植物，也包括藻类、光合细菌和化能合成细菌。这些生物能利用无机物合成有机物，并把环境中的太阳能以生物化学能的形式第一次固定到生物有机体中。初级生产者也是自然界生命系统中唯一能将太阳能转化为生物化学能的媒介。消费者指那些直接或间接依赖于生产者所制造的有机物质生存的异养生物。按营养方式的不同可分为（1）食草动物：直接以植物体为营养的动物。（一级消费者）（2）食肉动物：以食草动物为食者。（二级消费者）（3）大型食肉动物或顶极食肉动物：以食肉动物为食者。（三级消费者）分解者•分解者（decomposers），异养生物。指将动植物残体及其它有机物分解为生产者能重新利用的简单化合物，并释放出能量。主要有真菌、细菌、放线菌等微生物。2.2.2一般结构2.2.3基本功能功能：能量流动、物质循环、信息传递•生产者：太阳能-化学能、无机物-有机物、CO2-O2•消费者：对初级生产物进行转化、加工、再生产。没有消费者，分解者的分解任务重，没有经过消费者转化的有机物，分解者还原比较慢。例：森林食叶甲虫、蚜虫。•分解者：没有一种微生物能将有机物彻底分解，需多种的协同作用。•非生物组分。•具有空间结构•具有时间变化•具有自动调控功能•是开放系统2.2.4生态系统的特点2.3生态系统的类型2.3.1按环境性质划分•水域生态系统：淡水、海洋•陆地生态系统：森林、草原、荒漠、冻原等2.3.2按人类对生态系统的影响划分•自然生态系统：森林、草原、水域（江、河、湖、海）、沙漠、极地•半自然生态系统（驯化）：农田、人工林、人工草地、牧场、鱼塘、养殖•人工生态系统：城镇、工矿、宇宙飞船、实验微生物系统